文| 伊力

编辑| 伊力

乙烯气压缩机是乙烯装置三大机组之一，压缩机分为4段压缩，驱动设备为汽轮机，其作用有三：

其一，为高密聚乙烯及全密聚乙烯装置提供乙烯原料；

其二，同乙烯精馏塔构成热泵循环，为塔釜提供热源，为塔顶提供冷源；

其三，为乙烯装置冷区提供-76℃和-101℃两个级位的冷量。

随着汽轮机转速升高，汽轮机驱动端径向轴瓦温度不断升高，当转速升至9118r/min时，轴瓦温度已达到100.3℃，若汽轮机带压缩机进行负荷运行，轴瓦温度将会更高。

期间尝试提高润滑油压力，未见明显效果，拆卸汽轮机径向轴承，对瓦块温度探头、轴瓦间隙、瓦块厚度、喷油孔、瓦块油楔角及瓦块磨损等情况进行测查。

经分析，采取增大喷油孔径，改变瓦块油楔角，收到明显效果，轴瓦温度异常得到消除。

●—≺可倾瓦轴承工作原理≻—●

乙烯气压缩机汽轮机是高压抽汽冷凝式汽轮机，型号为ENK50/45/50，由某汽轮机公司制造。

主调节汽阀和抽汽调节汽阀，由伍德沃德生产的最新VS-1执行机构进行控制，见图1。

推力轴承为金斯伯雷轴承，安装在汽轮机非驱动端，径向轴承为可倾瓦轴承，在可倾瓦块上有顶轴油孔，防止汽轮机在起动、停机过程中轴颈与轴瓦发生金属接触摩擦。

机组设置独立油站，分为润滑油系统和控制油系统，润滑油系统用于机组轴承润滑，控制油系统用于汽轮机转速控制及安保控制。

汽轮机有关参数，见表1

乙烯气压缩机汽轮机采用无调整圈径向轴承，轴承直接装在轴承座中，轴承盖与轴承座用螺栓、锥销连接及定位。

径向轴承采用5×50°可倾瓦轴承，由轴承环、扇形瓦块、侧环、定位螺钉等组成。

在底部两个对称瓦块上安装测温元件，且设置顶轴油孔，在轴承环槽中安装30只油喷嘴，每只喷嘴的喷口方位与轴向错开10°，以减少各喷油嘴喷射油流相互干扰见图2。

当汽轮机转子旋转时，依靠转子轴颈自身旋转将润滑油带入轴颈，与可倾瓦块之间形成楔状油膜，油膜产生压力以承受机组载荷，可倾瓦轴承由5块弧形瓦块组成。

每个瓦块在工作时，随着转子载荷变化而自由摆动，与轴颈形成5油楔，每块瓦的瓦背弧与轴承体内径为线接触。

可自由调节瓦块与轴颈的相对位置，以达到最佳承载油楔的位置，形成持续稳定的油膜。

●—≺驱动端轴瓦异常≻—●

乙烯裂解气压缩机汽轮机进行单体试车第一暖机实际转速为1047r/min，约10分钟，第二暖机实际转速为2095r/min，约10分钟，第三暖机实际转速为5104r/min，约25分钟。

在提速运行过程中，随着汽轮机转速升高，汽轮机两侧径向瓦温度随之升高，见图3。

从图3可以看出，汽轮机非驱动端径向轴瓦温度虽然随转速升高而升高，但在整个过程中温度未出现异常，轴瓦最高温度为87.45℃，而驱动端径向轴瓦温度TI50853上升过快。

当汽轮机转速达到9118r/min时，其温度已经达到100.28℃，最高轴瓦温度为102℃，报警温度为105℃，汽轮机两侧径向瓦温度升高情况见表2。

从表2可以看出，在汽轮机提转过程中，驱动端径向轴瓦块TI50853温度快速上升，从56.16℃上升至101.03℃，而同一副径向轴瓦。

另一瓦块TI50852温度上升很慢，从48.52℃上升至63.69℃，同一副瓦，两个瓦块温度相差很大，而非驱动端两块瓦温度基本一致，瓦块温度过高，已影响到汽轮机安全稳定运行。

除了无信号外，瓦块温度高是由热平衡失效引起的，即轴瓦热量集聚和散热未达到理想平衡状态。

处于非正常状态，易造成瓦块巴氏合金烧损，基于可倾瓦块产热和散热等方面分析，认为汽轮机在空载试车情况下，径向瓦温度高主要由以下原因造成的。

1）轴瓦进油压力影响充足的润滑油量，是保证可倾瓦轴承安全、稳定运行的基础，要使可倾瓦形成良好的油膜，及时将摩擦热量带走，就必须对可倾瓦块提供充足润滑油量。

分析认为，一套径向轴承有6组喷嘴，共有30只喷油嘴，受到轴瓦油楔角影响，油会从侧环泄漏，将压力提高后进入异温瓦块的润滑油量改善不明显，所以瓦块温度未见明显下降。

2）轴瓦进油温度影响进油温度过高，润滑油粘度减小，油膜极值压力降低，油膜承载能力减弱，轴瓦温度上升。

进油温度过低，会使油的粘度增加，油膜润滑摩擦力增大，轴瓦功耗增加，瓦温上升，同时，油膜变厚，可能导致汽轮机转子运行不稳定。

经查，现场进油温度在合适的范围内，汽轮机非驱动端轴瓦温度无异常，分析认为，驱动端瓦温异常不是因油温引起的。

轴瓦安装间隙不合适轴承间隙对轴瓦动态特性影响很大，增大轴瓦间隙，瓦内油膜刚度和油膜阻尼在水平方向和垂直方向都会发生较大变化。

见图4~5，据试验数据可知，当轴瓦间隙从1‰增大到2.6‰，油膜刚度和油膜阻尼减小近7倍。

轴瓦间隙增大，虽然瓦间隙润滑油流量增加，润滑油温升及瓦温随之减小，但轴瓦最小油膜厚度也随之减小，导致轴瓦承载力下降。

减小轴瓦间隙会带来两个促使轴瓦温度上升的因素，一是轴瓦产生的热量增加，二是产生的热量不易带出。

轴瓦间隙偏小可导致轴瓦运行间隙降低，造成轴瓦承载部位摩擦系数增加，摩擦系数是阻力与压力的比值，其计算公式如下：

据式（1）可以看出，轴瓦运行间隙C减小，会导致轴瓦间隙摩擦系数增大，轴瓦中热量是由摩擦损失功转变而来的，摩擦系数上升会导致轴瓦温度升高。

同时，因轴瓦间隙减小，润滑油流量不足，产生的热量不能有效排出，进一步加剧轴瓦温度升高，每套轴瓦都有较为合适的轴瓦间隙范围，以保证轴瓦及机组安全、平稳运行。

瓦块摆动受阻汽轮机可倾瓦由5块瓦组成，每个瓦块可绕支点作微小摆动，以适应外载荷的变化，形成良好油膜。

若瓦块卡涩、不能摆动会造成瓦块承载面油膜受力分布不均，不能完全形成液体摩擦状态，出现边界摩擦和局部摩擦，导致轴瓦温度上升。

瓦块厚度不匀及瓦块磨损、瓦块厚度，对油膜状况及瓦块受力影响很大，厚度不一致，导致各瓦块载荷分布不匀，厚瓦块比压大，薄瓦块比压小，重载轴瓦油膜厚度减薄，摩擦加剧。

而部分瓦块巴氏合金缺油，使瓦温升高，严重时引起局部溶瓦，根据可倾瓦技术标准，每组瓦块厚度一致，瓦块之间厚度差小于0.01mm。

若瓦块磨损严重，引起瓦块厚度不均匀、瓦面受损、油楔破坏，导致油膜形成不好，瓦块受力不匀，造成瓦块温度异常，上述原因需拆瓦块进行分析确认。

喷油孔不畅及油楔角小过轴承体的润滑油油量不足，不能有效地通过润滑油把瓦块产生的热量带走，产生温度聚集，因此轴承温度维持在较高水平。

喷油孔堵塞不畅或油楔角小，都会严重影响进入轴瓦间隙的油量，见图6，导致油膜形成不好，油膜受力不均匀，出现瓦块与轴颈局部金属接触摩擦，产生过量的摩擦热。

同时，瓦间隙油量下降，导致散热能力不足，产生的热量不能及时被带出，轴瓦出现温度升高，甚至烧损轴瓦，该原因需拆瓦检查。

对汽轮机驱动端五块瓦块外观检查，除下部两块承载瓦（瓦块1和2）巴氏合金层表面有轻微摩擦和划痕外，其余瓦块表面完好，光亮如新，见图7~8。

对五块瓦油楔角进行测量，进油口深度δ为0.08～0.17mm，进油楔角φ为0.5°～1°，油楔角过小，不利于润滑油带入瓦楔。

对每块瓦块取3个点测量，瓦块厚度数据分别为29.97、29.95及29.95mm，最大厚度差为0.02mm，厚度基本一致，五块瓦之间厚度差最大为0.02mm。

经对五组瓦块活动灵活度检查，特别是异温瓦块灵活度检查，未见异常。

对瓦块1和瓦块2喷油孔进行检查，发现瓦块2中间2个喷油孔径明显小于瓦块1喷油孔径，见图9。

轴颈上放一只百分表通过轴抬法进行测量，轴瓦间隙为0.37mm，指标符合标准。

●—≺异常原因及改善≻—●

随着汽轮机转速及负荷增加，五块轴瓦的油膜压力也随之增大，使得轴瓦所承受的载荷增加。

其中，1、2号瓦块受力最大，3、5号瓦块受力次之，4号瓦块受力最小，见图10。

B组喷油孔中2个喷嘴孔径，明显小于A组喷油孔中2个喷嘴孔径，导致2号瓦块的油量远小于1号瓦块，产生偏流。

瓦块油楔角偏小，造成2号瓦块油量进一步减小，油量不足，油膜形成不好，同时瓦块产生热量不能及时带出。

最终导致2号瓦块温度异常，而1号瓦块温度正常，2号瓦块和1号瓦块温度相差较大。

采用增大进油量来降低轴瓦温度的措施，轴瓦喷油嘴孔径尺寸的大小决定进入轴瓦的油量，对汽轮机驱动端瓦块B组喷油孔进行扩孔。

喷油嘴孔径过大可能会导致润滑油偏流，导致其它轴瓦油量减小，引起其它轴瓦温度升高。

参考A组喷油嘴孔尺寸，将B组喷油嘴孔中两个偏小的喷油嘴进行扩孔，将尺寸长L和宽W分别从1.5×2.5mm扩至2×4mm。

轴瓦用油经验公式如下：

经计算，原两个喷油嘴流量为4.44L/min，扩孔后两个喷油嘴流量为9.46L/min，B组喷油孔通过扩孔，增加流量后为5.02L/min。

为使进入可倾瓦轴承腔体的润滑油更容易进入瓦块承载面，改善瓦块油楔角偏小，对2号瓦块油楔面进行人工刮研。

将瓦面进油口深度δ刮研至0.035ｍｍ，形成油楔宽度λ为10mm，进油楔角φ为2°，见图11。

完成汽轮机驱动端径向瓦喷油嘴扩孔及增大瓦面油楔角后，对乙烯气压缩机组进行联动非负荷试机。

机组转速为6149r/min时，汽轮机驱动侧TI50853轴瓦温度为74.8℃，TI50852轴瓦温度为75.3℃，非驱动侧TI50850轴瓦温度为71.7℃，TI50851瓦温度为75.6℃.

从整体数据统计看，在同转速下TI50853轴瓦温度下降约10℃左右，润滑油偏流消除，取得明显效果，满足汽轮机运行要求。

在单体试车时，乙烯气压缩机汽轮机驱动端径向可倾瓦块出现温度异常，对瓦块温度高原因分析及拆轴承检查处理，得到以下几点认识：

1）瓦块承载面润滑油量偏少，油膜形成不好，且产生热量不能及时带出是导致瓦块温度异常的根本原因。

2）喷油嘴孔径尺寸小，且瓦块油楔角偏小造成瓦块面润滑油不足。

3）增大喷油嘴孔径尺寸，同时对瓦块油楔角进行适当调整，可明显改善瓦块的动态特性，形成良好的油膜，对降低瓦温非常有力。

4）喷油嘴孔径尺寸过大，会造成偏流，导致其它瓦块温度快速上升，在增大喷油嘴孔径尺寸时需加以考虑。

5）瓦块间隙过大虽然对瓦温改善有力，但对轴瓦动态特性影响很大，会导致油膜刚度和油膜阻尼显著减小，轴瓦承载力下降，易造成轴承油膜不稳。

6）瓦块间隙过小，导致轴瓦摩擦系数增大，产生热量增加，同时润滑油量不足，热量不能及时排出，会造成瓦块温度升高。

7）因多个喷嘴对油量的影响，进油压力对改善特定瓦块润滑油量不明显。

8）进油温度过高，油膜承载能力减弱，轴瓦温度上升，进油温度过低，油膜润滑摩擦力增大，轴瓦温度同样会上升，且可能导致汽轮机转子运行不稳。

9）瓦块厚度不一致对油膜状况及瓦块受力有较大影响，导致各瓦块载荷分布不匀，厚瓦块比压大，油膜厚度减小，摩擦加剧导致瓦温升高。

10）瓦块摆动对油膜有较大影响，瓦块卡涩，导致瓦块承载面不能完全形成液体摩擦状态，出现边界摩擦和局部摩擦。

11）对于可倾瓦轴承，下部两块瓦受力最大，侧边两块瓦受力次之，顶部一块瓦受力最小，在喷油孔设计时应加以考虑。